Mecanismo com tubo ladrão lateral para autocolismo

(1)

Helder Manuel

Matos

Helder Manuel

Matos Vieira

Helder Manuel

Vieira

Mecanismo com tubo

autoclismo

Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica 2013

Mecanismo com tubo

autoclismo

Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica 3

Mecanismo com tubo

Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica

Mecanismo com tubo ladrão

ladrão lateral

lateral para

Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica

(2)

(3)

Helder Manuel

Mat

Helder Manuel

Matos Vieira

Helder Manuel

Vieira

Mecanismo com tubo ladrão lateral para

autoclismo

Dissertação apresentada à Universidade de Aveiro para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em

Mecânica

Ferreira da Costa

de Engenharia Mecânica Universidade de Aveiro 2013

Mecanismo com tubo ladrão lateral para

autoclismo

Mecânica, realizada sob a o Ferreira da Costa

Engenharia Mecânica Universidade de Aveiro 2013

Mecanismo com tubo ladrão lateral para

, realizada sob a o Ferreira da Costa, Professor

Engenharia Mecânica da Universidade de Aveiro

Mecanismo com tubo ladrão lateral para

, realizada sob a orientação científica do Doutor , Professor Associado com

da Universidade de Aveiro

Departamento de Engenharia Mecânica

Mecanismo com tubo ladrão lateral para

rientação científica do Doutor Associado com Agregação da Universidade de Aveiro

Mecanismo com tubo ladrão lateral para

rientação científica do Doutor

gregação do Departamento da Universidade de Aveiro

Dissertação apresentada à Universidade de Aveiro para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Engenharia rientação científica do Doutor Vítor António do Departamento Departamento de Engenharia Mecânica

Dissertação apresentada à Universidade de Aveiro para cumprimento dos Engenharia tor António do Departamento

(4)

(5)

O júri

Presidente Vogais

Prof. Doutor Jorge Augusto Fernandes Ferreira

Professor Auxiliar da Universidade de Aveiro

Engenheira Andreia Cristina Gonçalves da Costa

Especialista, Oliveira & Irmão, SA

Prof. Doutor Vítor António Ferreira da Costa

Professor Associado com Agregação da Universidade de Aveiro (orientador)

(6)

(7)

Agradecimentos À empresa Oliveira &Irmão, SA (OLI), onde o autor desta dissertação é colaborador há 10 anos, com a função de desenhador projetista, onde realiza o desenvolvimento de vários produtos na área de produtos sanitários, o agradecimento dos recursos disponibilizados, que foram uma ajuda preciosa para a elaboração deste trabalho.

Ao meu orientador, Professor Vítor Costa, pela disponibilidade, acompanhamento e crítica que permitiu a elaboração deste trabalho. Agradeço à Eng.ª Andreia Costa, da OLI pelo suporte e orientação deste trabalho, bem como aos elementos da empresa que através de discussões profundas nele participaram direta ou indiretamente.

Aos meus colegas e professores do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Aveiro, sempre o apoio, e ajuda, dado durante estes anos de estudo.

Um agradecimento especial vai para o apoio incondicional dos meus pais, da minha irmã, e dos amigos mais chegados, nesta caminhada, que permitiu concretizar um dos objetivos pessoais e profissionais.

(8)

(9)

Palavras-chave Mecanismo de dupla descarga, válvula de descarga, tubo ladrão lateral fixo, componentes de autoclismo, autoclismo cerâmico.

Resumo O mercado da construção civil é cada vez mais exigente no âmbito de design e das dimensões reduzidas, o que se reflete como requisitos e condicionantes adicionais, no caso dos autoclismos e dos seus componentes. Outro grande desafio é o controlo do consumo de água, o que leva à procura de soluções que permitam obter o efeito pretendido com a menor quantidade de água.

A empresa OLI que não tem uma válvula de descarga com tubo ladrão lateral fixo no seu atual portefólio de produtos, tendo sido decidido realizar o desenvolvimento conducente a um produto com essas características. Para o efeito foi reunida a informação em termos de especificações e requisitos mais importantes, avaliada a sua relevância, e consideradas as funcionalidades e características e os requisitos a cumprir no produto a desenvolver. Uma vez elencadas e valorizadas as especificações e requisitos, passou-se à modelação do mecanismo tendo sempre em mente a standardização de produtos a utilizar.

Concebidas a peça de saída de água e o tubo ladrão lateral inferior e superior, estes foram prototipados e ensaiados, e após alguns ajustes e melhorias sugeridos pelos resultados chegou-se às peças definitivas que cumprem as normas necessárias, para a sua integração no mercado. De seguida focou-se o desenvolvimento no modo de funcionamento, tendo sido escolhido o sistema de acionamento por cabo e por diferença de curso nos botões de acionamento para realizar o movimento das descargas. Este tipo de acionamento permite realizar as descargas (completa e meia) de forma controlada e independente, e também permitir o ajuste de ambas as descargas. Após a modelação e desenvolvimento das peças fez-se a sua prototipagem e passou-se à fase de ensaios. Após algumas modificações e reestruturações funcionais, sugeridas pelos resultados que foram sendo obtidos, chegou-se à versão definitiva cumprindo os requisitos.

Com o objetivo de preparar o mecanismo para soluções funcionais futuras, ao melhor preço, e tornando-o o mais modular possível para absorver os requisitos de mercado, e se adaptar a eles, foi realizada a análise estrutural de alguns componentes, preparando a base do mecanismo para uma solução futura de acionamento mecânico com hastes. Os resultados finais do desenvolvimento global do mecanismo foram positivos, cumprindo os requisitos de mercado atuais e ficando a base funcional e estrutural do mecanismo preparada para acomodar requisitos e modificações futuras.

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(11)

Keywords Dual flush mechanism, flush valve, side fixed overflow pipe, cistern components, ceramic cistern.

Abstract The construction market is increasingly demanding design and reduced dimensions, appearing as additional constraints and requirements in this case cisterns and their components. Another challenge is the control of water consumption, leading to the search for solutions achieving the desired effect with less water being flushed.

The OLI company has not a flush valve with side fixed overflow pipe in its current products portfolio, and decided to conduct the development leading to such a product. For that purpose the information was gathered in terms of specifications and major requirements, evaluating its relevance considering the features characteristics and requirements to fulfill the development of the product. Once listed and valuated the specifications and requirements, modeling the mechanism started keeping in mind the standardization of products to use.

Created the water outlet and the upper and lower side fixed overflow pipes, they were prototyped and tested. After considering some improvements, as suggested by the obtained results, the final parts were obtained which accomplish the required standards for a possible integration in the market.

Then focus went to different functioning modes, and it was selected the system using a cable and two buttons for system actuation. Different displacements of the two buttons correspond to full or half discharge. This kind of actuation allows to perform the flush (full or half) in independent and controlled ways, and also allows adjustment of both discharges. After modeling and development of the corresponding they were prototyped and tested. After some modifications and functional restructuring, suggested by the results that were obtained, the final version was obtained fulfilling the requirements.

The system must be prepared for further evolutions, at the best price, and it must be as much modular as possible to be more easily adjusted to the rapidly changing requirements of the market. With this in mind, the structural analysis of some components was performed, preparing the basis of the system to accommodate actuation with mechanical drive shafts. The final results of the overall system were positive and very encouraging, fulfilling the requirements of the current market and getting the functional and structural basis of the mechanism ready to accommodate future requirements and modifications.

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(13)

i

Índice

Índice de Figuras ... iii

Índice de Tabelas ... vi

Abreviaturas (acrónimos) ... vi

1. Introdução ... 1

1.1. Breve descrição da Empresa Oliveira &Irmão, SA (OLI) ... 1

1.2. Elementos de um autoclismo ... 1

1.2.1. Torneira de enchimento ... 3

1.2.2. Sistema de descarga ... 3

1.2.3. Sistemas de meia descarga e de descarga completa ... 4

1.3. Sistemas sanitários de descarga de autoclismos (Estado da Arte) ... 6

1.4. Motivação, e objetivos ... 11

2. Válvula de descarga de autoclismo com tubo ladrão lateral ... 13

2.1. Metodologia para recolha e processamento da informação para definição da solução a desenvolver ... 13

2.2. Requisitos de mercado/empresa ... 15

2.3. Ideia base ... 15

3. Principais estudos, desenvolvimentos e testes: Pilete e tubo ladrão ... 17

3.1. Ponto de partida... 17

3.2. Protótipos base a desenvolver ... 17

3.3. Sistema de prototipagem usado ... 18

3.4. Instalação de ensaio das soluções... 20

3.5. Ensaio do protótipo base, e análise de resultados ... 22

3.6. Proposta de melhorias, e novas propostas de solução ... 24

3.7. Ensaios dos protótipos mais evoluídos, e análise de resultados ... 25

3.8. Proposta de melhorias de versão tubo superior V2 ... 26

3.9. Ensaios dos protótipos mais evoluídos, e análise de resultados ... 27

4. Principais estudos, desenvolvimentos e testes: Válvula de descarga ... 29

4.1. Utilização de partes comuns a vários tipos de válvulas ... 29

4.2. Sistemas de acionamento ... 29

4.2.1. Seleção do sistema de acionamento ... 33

4.2.2. Vantagens e inconvenientes dos vários sistemas de acionamento ... 33

4.2.3. Hierarquização dos sistemas de acionamento a considerar ... 34

(14)

ii

4.4. Protótipos base a desenvolver V3 ... 36

4.5. Ensaios dos protótipos, resultados e análise de resultados ... 42

4.6. Proposta de melhorias de versão das boias e funcionamento (V4) ... 45

4.7. Ensaios do protótipo final, e análise de resultados ... 49

4.8. Materiais ... 52

5. Análise estrutural de alguns componentes ... 55

5.1. Especificações do material a introduzir no software de simulação ... 56

5.2. Especificação das condições de carregamento e constrangimentos ... 57

5.3. Malha de elementos finitos ... 58

5.4. Resultados da simulação ... 58

5.4.1. Resultados da simulação do copo em PS ... 58

5.4.2. Resultados da simulação do copo em PP ... 59

5.4.3. Resultados da simulação do conjunto copo em PP com anel bloqueio em POM ... 60

5.4.4. Resultados finais da simulação ... 61

6. Conclusões e trabalhos futuros ... 63

7. Referências bibliográfica ... 65

Anexo I-Tabela completa ... 67

Anexo II-Norma Francesa (NF076 doc3) ... 68

Anexo III a)- Ensaio Protótipo ... 87

Anexo III b)- Ensaio Protótipo V1 ... 88

Anexo III c)- Ensaio Protótipo V2 ... 89

Anexo III d)- Ensaio Protótipo V2B (Ajustável) ... 90

Anexo III e)- Ensaio Protótipo V2B (velocidade de descarga) ... 91

(15)

iii

Índice de Figuras

Figura 1- Vista aérea da empresa OLI em 2009. ... 1

Figura 2-Conjunto autoclismo cerâmico e sanita (1). ... 2

Figura 3-Componentes de um autoclismo cerâmico. ... 2

Figura 4-Torneira de enchimento de autoclismo (2). ... 3

Figura 5-Sistema de descarga de autoclismo. ... 4

Figura 6-Exemplo de vedante de autoclismo. ... 6

Figura 7-Mecanismo de descarga NVDF (2). ... 6

Figura 8-Mecanismo dupla descarga Impulse (3). ... 7

Figura 9-Mecanismo dupla descarga Impuls280 (3). ... 7

Figura 10-Mecanismo de descarga OPTIMA 49 (4). ... 8

Figura 11-Mecanismo de descarga Skipper 36A (4). ... 8

Figura 12-Mecanismo de descarga 550 DFR Duo Flush (5). ... 9

Figura 13-Mecanismo de descarga S2DBL Dual Flush (5). ... 9

Figura 14-Mecanismo de descarga Easy Flush (6). ... 10

Figura 15-Mecanismo de descarga MWB3 (6). ... 10

Figura 16-Conjunto pilete e tubo ladrão lateral fixo. ... 18

Figura 17-Máquina de FDM, modelo Dimension SST768. ... 19

Figura 18-Pilete protótipo e tubo ladrão. ... 19

Figura 19-Pilete protótipo com tubo superior protótipo (injetado). ... 20

Figura 20-Distâncias relevantes no ensaio da capacidade de escoamento do tubo ladrão. ... 22

Figura 21-Sistema protótipo montado em autoclismo normalizado para teste da velocidade de descarga. ... 22

Figura 22-Sistema protótipo montado em autoclismo normalizado, para teste da capacidade de descarga do tubo ladrão. ... 23

Figura 23-Sistema protótipo montado em autoclismo normalizado para teste da capacidade de escoamento do tubo ladrão (vista superior durante o ensaio). ... 23

Figura 24-Tubo superior protótipo V1. ... 24

Figura 28-Tubo superior protótipo V2B. ... 27

Figura 29-Tubo superior protótipo V2B a ser ensaiado. ... 27

Figura 30-Válvula acionamento mecânico (2) com tubo ladrão móvel central. ... 30

(16)

iv

Figura 32-Válvula de acionamento por cabos (2) com tubo ladrão móvel central. ... 32

Figura 33-Válvula eletrónica de dupla descarga (6), com tubo ladrão móvel central. ... 33

Figura 34-Acionamento, por cabo adaptado ao mecanismo a desenvolver (em corte). ... 34

Figura 35-Detalhe posicionamento: boia de descarga completa alojada no copo. ... 36

Figura 36-Boia da descarga completa posicionada em repouso, meia-descarga e descarga completa. ... 36

Figura 37-Detalhe da ligação entre o copo e a pilete. ... 37

Figura 38- Tubo ladrão lateral e tirante central. ... 38

Figura 39-Detalhe do desencaixe do copo na pilete. ... 38

Figura 40-Copo, tirante central, e zona de vedação (em corte). ... 39

Figura 41-Boia de controlo da descarga completa, alojada no copo (em corte). ... 40

Figura 42-Detalhe da boia de controlo da descarga completa. ... 40

Figura 43-Boia da meia descarga, com o copo (em corte). ... 41

Figura 44-Detalhe da regulação da meia descarga. ... 41

Figura 45-mecanismo V3. ... 42

Figura 46-Sistema protótipo com pilete V3. ... Figura 47-Sistema protótipo com pilete V3 (vista superior). ... 43

Figura 48-Sistema protótipo com pilete V3: pormenor da boia de controlo da descarga completa. ... 43

Figura 49-Sistema protótipo com pilete V3: Pormenor da boia de controlo da meia-descarga. 44 Figura 50- Sistema protótipo com pilete V3: pormenor da boia auxiliar solidária com o tirante central. ... 44

Figura 51-Detalhe do cone inferior (mecanismo em corte). ... 45

Figura 52-Conjunto de controlo da descarga completa. ... 46

Figura 53-Sistema de controlo da descarga completa, com copo (em corte). ... 46

Figura 54-Detalhe da janela de regulação da descarga completa. ... 47

Figura 55-Boia de controlo da meia descarga. ... 48

Figura 56-Mecanismo V4 completo, com sistema de acionamento. ... 49

Figura 57-Protótipo final do mecanismo V4. ... 49

Figura 58-Pormenor da parte inferior com o cone e janela de regulação. ... 50

Figura 59-Pormenor da boia de controlo da descarga completa, e do tirante central, e evidenciando o guiamento pelo copo. ... 50

Figura 60-Protótipo final montado para ensaio. ... 51

Figura 61-Desenho explodido da solução com tabela de peças. ... 53

(17)

v

Figura 63-Solicitação mecânica do sistema com acionamento mecânico. ... 56

Figura 64-Constragimentos e carregamento do copo. ... 57

Figura 65-Constrangimentos e carregamento do conjunto copo e anel bloqueio. ... 58

Figura 66-Deslocamentos para o copo em PS. ... 59

Figura 67-Deslocamentos para o copo em PP. ... 60

(18)

vi

Índice de Tabelas

Tabela 1-Peso de mercados para o sistema em %. ... 13

Tabela 2-Requisitos e grau de importância. ... 14

Tabela 3-Valores do ensaio. ... 24

Tabela 4-Resultados do ensaio, protótipos V1 e V2. ... 26

Tabela 5-Resultados do ensaio, protótipo V2B + pilete. ... 27

Tabela 6-Resultados do ensaio do protótipo final V4. ... 51

Tabela 7-Valores de mercado de vários materiais termoplásticos para injeção (Agosto 2013). 52 Tabela 8-Custo dos componentes, em função do material escolhido. ... 54

Tabela 9-Comparação entre hipóteses ... 54

Tabela 10-Caracteristicas mais relevantes das matérias-primas. ... 56

Abreviaturas (acrónimos)

OLI Oliveira & Irmão.SA

CAD Computer-Aided Design Desenho assistido por computador

FDM Fused Deposition Modelling Modelação por fusão e deposição ABS Acrylonitrile Butadiene Styrene Acrilonitrila butadieno estireno

PS PolyStyrene Poliestireno

PP PolyPropylene Polipropileno

PC PolyCarbonate Policarbonato

PA PolyAmide Poliamida

POM PolyOxyMethylene Poliacetal

(19)

(20)

(21)

1

1. Introdução

1.1. Breve descrição da Empresa Oliveira &Irmão, SA (OLI)

A empresa OLI foi criada em 1954 na cidade de Aveiro, dedicando-se inicialmente apenas ao setor comercial. Em 1981 criou a sua primeira unidade industrial, onde se especializou no fabrico de autoclismos em plástico, e em mecanismos de enchimento e de descarga de autoclismos para a indústria cerâmica. A OLI é atualmente líder ibérica na produção de autoclismos, e dedica-se à conceção, industrialização, produção e comercialização de sistemas de instalação sanitária para a indústria cerâmica. A empresa emprega cerca de 350 colaboradores e produz mensalmente cerca de meio milhão de produtos, nomeadamente autoclismos interiores e exteriores com e sem estrutura de suporte, placas de comando, torneiras de boia e válvulas de descarga para autoclismos cerâmicos. Os seus produtos estão presentes em cerca de 50 países dos cinco continentes.

Figura 1- Vista aérea da empresa OLI em 2009.

1.2. Elementos de um autoclismo

Os elementos base de um autoclismo cerâmico são o tanque cerâmico e respetiva tampa. De salientar que o autoclismo funciona em conjunto, com uma sanita, tal como ilustrado na Figura 2.

(22)

2

Figura 2-Conjunto autoclismo cerâmico e sanita (1).

Em termos de componentes plásticos essenciais para o seu funcionamento, e tal como se encontra ilustrado na Figura 3, um autoclismo contém uma torneira de enchimento (geralmente de boia) que define o nível de água dentro do tanque cerâmico, ilustrada na Figura 4. Outro componente fundamental para o funcionamento do autoclismo é um mecanismo de descarga, e respetivo botão, e sistema de comando. Uma das áreas de atuação relevante da OLI é a conceção, desenvolvimento, industrialização e comercialização dos mecanismos existentes nos autoclismos.

Figura 3-Componentes de um autoclismo cerâmico.

Designação

1 Botão de acionamento

2 Tampa cerâmica

3 Mecanismo de descarga (Válvula)

4 Autoclismo cerâmico

(23)

3

1.2.1. Torneira de enchimento

Um componente fundamental para o funcionamento correto do autoclismo é a torneira de enchimento. Este componente poderá ser fixado na lateral do tanque do autoclismo, num furo criado para o efeito (fixação lateral), ou num furo existente no fundo do tanque (fixação inferior) como ilustrado na Figura 4. Este componente tem que respeitar várias normas, especificando limites para o caudal de enchimento, o ruído gerado durante o enchimento, e o correto fecho a determinadas pressões, os quais que poderão variar consoante o país onde se pretende colocar o produto, visto haver diferenças em termos de normas e de requisitos.

Figura 4-Torneira de enchimento de autoclismo (2).

1.2.2. Sistema de descarga

A descarga de água do reservatório para a sanita é realizada por o sistema de descarga (Figura 5), consistindo num sistema que pode ser atuado mecanicamente, por alavancas ou por cabos, ou ainda pneumaticamente.

(24)

4

Figura 5-Sistema de descarga de autoclismo.

Outra funcionalidade do sistema de descarga é facultar um escape direto (tubo ladrão) de algum eventual excesso de água que tenda a existir no autoclismo (overflow), assegurando que o nível de água no autoclismo não ultrapassa um máximo ditado pela altura da extremidade superior desse tubo, como ilustrado na Figura 5. Um parâmetro a analisar, visto ser um aspeto a salientar no produto a desenvolver, é a capacidade mínima de evacuação do tubo ladrão (Figura 5), a qual se encontra especificada em várias normas.

Se a torneira de enchimento estiver com algum problema, gerado, por exemplo, por impurezas da água, e não fechar quando o nível de água no autoclismo atinge o nível máximo pretendido, o excesso de água descarregada no tanque vai passar pelo tubo ladrão, diretamente para a sanita. Assim evita-se o derrame de água na casa de banho, devido a um sobreenchimento do autoclismo, e alerta-se o utilizador de que algo se encontra a funcionar incorretamente através da descarga contínua de água na sanita. Para garantir essa segurança, e estar de acordo com os requisitos e normas, o tubo ladrão terá que ter uma capacidade de evacuação que permita que, qualquer que seja a instalação (qualquer caudal da canalização da habitação), o excesso de água descarregada no tanque passe diretamente para a sanita, sem que haja derrames de água para o exterior.

1.2.3. Sistemas de meia descarga e de descarga completa

Existem vários tipos de sistemas de descarga, sendo de salientar os sistemas de descarga simples, interrompível e de dupla descarga. De referir que a empresa OLI foi pioneira com a inserção no mercado da primeira válvula com dupla descarga

Tubo ladrão.

Saída para o autoclismo

(25)

5 (completa e meia). No sistema de descarga simples o volume de água a descarregar é descarregado na totalidade, estabelecido pela boia da torneira de enchimento. No caso do sistema interrompível, o utilizador, mediante ação no botão de comando do sistema de descarga, pode interromper o processo de descarga se assim o pretender. Nos sistemas de dupla descarga, que são os mais usados atualmente, existem dois botões de comando independentes que estabelecem se é para ser realizada a descarga completa se a meia descarga. Consoante a afinação do sistema, fica estabelecida a quantidade de água a descarregar na descarga completa e na meia descarga. Destas descargas, a maior, com maior capacidade de limpeza e transporte, chama-se descarga completa, pode corresponder a um volume de água entre 4 litros e a capacidade total do tanque (por exemplo 7 litros, ou 9 litros). A meia descarga tem um volume de água que poderá variar entre os 2 litros e os 4.5 litros. Para uma correta limpeza da sanita em todos os casos, e também para satisfazer um vasto conjunto de requisitos, estes sistemas devem obedecer a um conjunto de normas e princípios de bom funcionamento, mediante a localização (Europa, Ásia, América do Sul, etc.). Os requisitos podem variar, nomeadamente a velocidade de descarga, volumes de água descarregados, cota de segurança do tubo ladrão, a altura da saída mais baixa do tanque, e os aspetos das normas serão posteriormente abordados aquando da realização dos ensaios do sistema para verificar a sua conformidade. Um desses parâmetros fundamentais para uma correta limpeza, independente da quantidade de água descarregada, é a velocidade de descarga na saída do autoclismo, chamada pilete1_{. Neste componente, ilustrado na Figura 5, existe um aro sobre o qual assenta} um vedante de descarga (Figura 6) que estabelece a vedação entre a água do reservatório e a sanita quando a válvula de descarga se encontra fechada. Este é um componente de substituição, que o usuário do autoclismo pode obter estabelecendo contacto com a empresa fornecedora do mecanismo em causa, ou em lojas de elementos de substituição.

1

(26)

6

Figura 6-Exemplo de vedante de autoclismo.

1.3. Sistemas sanitários de descarga de autoclismos (Estado da Arte)

Foi realizada uma pesquisa de produtos com características semelhantes às pretendidas no mercado, com especial incidência nos principias fabricantes de mecanismos a nível Europeu e Mundial. Na pesquisa efetuada incluiu-se o líder nacional na venda de mecanismos, e com um peso significativo a nível Europeu, a OLI, através da análise de produtos do seu portefólio. Ilustradas nas Figuras 5, e 7, encontram-se dois exemplos de válvulas de dupla descarga, com ajuste em altura, mediante o tanque cerâmico, em que serão instaladas.

(27)

7 Uma empresa, com grande peso no mercado mundial em todos os acessórios sanitários, bem como periféricos, é a empresa Geberit (3). Nas Figuras 8 e 9 pode-se verificar que o tubo ladrão se encontra fixado lateralmente. Na Figura 9 a válvula tem presente uma engrenagem que auxilia na regulação.

Figura 8-Mecanismo dupla descarga Impulse (3).

(28)

8

Uma empresa com peso significativo a nível europeu, e com uma grande gama de produtos, é a empresa SIAMP (4). Encontram-se ilustradas nas Figuras 10 e 11, válvulas de dupla descarga ajustável deste fabricante.

Figura 10-Mecanismo de descarga OPTIMA 49 (4).

(29)

9 Uma empresa com peso significativo na América do Sul, com uma grande variedade de produtos e periféricos sanitários, é a Fluidmaster (5). Nas Figuras 12 e 13, encontram-se imagens de válvulas deste fabricante com acionamento por cabo em aço inox. Na Figura 12, é de salientar a forma de regulação das descargas, com botões de rodar existentes na parte superior na válvula.

Figura 12-Mecanismo de descarga 550 DFR Duo Flush (5).

(30)

10

Com uma quota de mercado significativa em França e em Inglaterra, a Wirquin (6) apresenta uma gama de produtos com algumas soluções ao nível de mecanismos para autoclismo cerâmicos. Nas Figuras 14 e 15, apresentam-se duas válvulas de descarga deste fabricante, com acionamento por cabo de aço inox, sendo de salientar também o facto de o ajuste do tubo ladrão ser do tipo fole.

Figura 14-Mecanismo de descarga Easy Flush (6).

(31)

11 Após a pesquisa de outros fabricantes com menor quota de mercado, verifica-se que o desenvolvimento dos seus produtos é semelhante ao dos mais vendidos do mercado, ao nível de aspetos técnicos. De salientar que a empresa OLI se procura manter a par dos produtos da concorrência, e conhecer bem os seus pontos fortes e debilidades. Numa comparação entre mecanismos, verifica-se que quase todos possuem regulação das descargas, tanto da meia-descarga como da descarga completa, bem como do nível de regulação para se ajustar às dimensões do tanque. Em alguns produtos verifica-se que há soluções que possuem tubo ladrão lateral, mas é de salientar as dimensões de atravacamento excessivas, relacionada em muitos casos com a tendência de design, e também em termos de poupança de água, que leva a que as dimensões dos tanques cerâmicos tenda a ser a mais reduzida possível.

1.4. Motivação, e objetivos

A dissertação a elaborar consiste no estudo, desenvolvimento e teste de um mecanismo de dupla descarga para autoclismo com tubo ladrão lateral fixo, incluindo todos os componentes para a função de dupla descarga e para o acionamento, uma necessidade da empresa Oliveira & Irmão SA, que não tem uma solução deste tipo no seu atual portefólio de produtos. O aluno é colaborador dessa empresa, desempenhando atualmente as funções de desenhador projetista, no departamento de Conceção e Desenvolvimento, onde integra uma equipa que está relacionada com o desenvolvimento de produtos da empresa.

As vantagens do tubo ladrão lateral fixo prendem-se sobretudo com a maior compacidade do mecanismo. Outra vantagem, e uma opção usada atualmente por vários mercados, consiste em usar o tubo ladrão fixo para colocar uma ligação, tipo tubo flexível para não obstruir o funcionamento da válvula, para quando a torneira de enchimento está a funcionar descarregar água suficiente para encher o sifão da sanita. Uma nova tendência do mercado é usar também produtos químicos de higienização e limpeza que, de uma forma automática, são misturados na água de cada descarga efetuada. O tubo ladrão lateral fixo é uma boa opção para colocar o produto de higienização e limpeza, o qual é incorporado na água de descarga através da pequena quantidade de água que, no início do processo de descarga, sobe pelo tubo ladrão. Outra vantagem consiste em usar o tubo ladrão como suporte para a torneira de enchimento, ou seja não fixar a torneira de enchimento, nos furos laterais existentes nos autoclismos cerâmicos, podendo assim efetuar uma ligação por detrás do autoclismo preservando o fator estético.

(32)

12

Um dos principias inconvenientes do tubo ladrão lateral é o preço do componente de saída de água (pilete), visto a sua execução ser mais exigente em termos de molde e em termos de injeção, ser maior a massa de material necessária, e o volume da peça obtida ser também maior. Para lá das vantagens e inconvenientes abordados, a solução a desenvolver tem que assegurar a velocidade de descarga requerida para garantir uma correta limpeza, bem como garantir que são cumpridas as normas dos vários países onde se pretende colocar o produto.

A inovação do produto baseia-se em considerar um tubo ladrão fixo, colocado lateralmente relativamente à conduta de descarga, e com isso compactar o mecanismo no que concerne às suas dimensões em cerca de 10% face às soluções atualmente existentes de tubo ladrão central móvel. É assim possível reduzir o número de componentes, de que resulta não só uma redução na matéria-prima necessária para o seu fabrico, e consequente diminuição nos custos de transporte, mas também uma simplicidade acrescida de todo o processo de produção, incluindo a montagem, com a consequente esperada redução de custos e aumento de competitividade.

O trabalho contempla diversas fases, incluindo: o desenvolvimento do conceito propriamente dito, a sua realização em CAD (3D), a realização de protótipos, e os ensaios dos protótipos. Prevê-se efetuar alguns estudos de otimização estrutural do sistema, quer por análise dos resultados dos testes e ajuste dos protótipos, quer pela obtenção, por simulação, da solução estrutural mínima necessária para alguns dos componentes críticos do sistema.

(33)

13

2. Válvula de descarga de autoclismo com tubo ladrão lateral

2.1. Metodologia para recolha e processamento da informação para

definição da solução a desenvolver

Após a necessidade confirmada por parte da administração da empresa OLI, que não tem uma solução deste tipo no seu atual portefólio de produtos, foi realizado uma reunião com os responsáveis de vendas, com contacto direto com os clientes de vários países, onde a venda do sistema com tubo ladrão lateral fixo terá maior impacto. O objetivo foi recolher a informação sobre que tipo de sistema mais procurado, o seu funcionamento base, o sistema de acionamento mais promissor bem como aplicações adicionais ao mecanismo, volumes de água descarregados, e as normas dos países em causa. De salientar que os produtos já desenvolvidos pela empresa, bem como o seu atual portefólio de produtos e soluções, têm como principal objetivo satisfazer as necessidades do mercado.

Para esta definição de critérios foi elaborada uma tabela onde foram avaliados três mecanismos da empresa, onde foram colocadas as especificações e requisitos funcionais do produto a desenvolver, e avaliado com um valor entre 0 e 5 cada uma das funcionalidades e características a incluir no produto a desenvolver. Desta tabela obtém-se o melhor de cada sistema em termos de funcionalidades e características e satisfação de requisitos. Após a seleção das funcionalidades e características mais importantes conjugaram-se estes com o seu peso relativo face aos países alvo, numa reunião que englobou a participação de colaboradores da empresa do departamento de exportação e dos representantes dos clientes dos diferentes mercados/países, para avaliar os benefícios do novo mecanismo.

Tabela 1-Peso de mercados para o sistema em %.

Mercado

Europeu Médio Oriente Mercado Mercado Russo Americano Mercado Peso relativo de mercado

possível do sistema. (%) 40 20 10 30

Quando a média ponderada de uma funcionalidade é ≥ 4,5 torna-se como um requisito a cumprir, ao passo que os valores inferiores a este limite podem ser tomados como opcionais.

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14

Tabela 2-Requisitos e grau de importância.

Especificações a

analisar Mercado Europeu

Mercado Médio Oriente

Mercado

Russo Americano Mercado

Valor arredondado da média ponderada (Valor≥ 4,5= requisito) Velocidade de descarga (norma> 2,0L/s) 5 3 4 5 4,5 Velocidade de evacuação do tubo ladrão em caso de overflow 5 3 3 4 4,1 Cota de atravacamento da pilete 5 4 4 3 4,1 Encaixe da pilete/posicionamento 5 4 4 5 4,7 Cota atravacamento válvula completa 5 4 4 5 4,7 Capacidade de Regulação do volume de água da meia descarga 5 3 3 4 4,1 Facilidade de regulação da descarga completa 5 2 3 3 3,6 Peça de substituição (vedante uniformização/ numero de válvulas existentes) 5 2 5 5 4,4 Descentramento do botão 5 3 5 4 4,3 Facilidade de ajustamento de alturas haste/extensores 5 5 5 5 5 Regulação da altura do tubo ladrão (corte ou

telescópico) 5 5 5 5 5 Força de acionamento de ambas as descargas (norma 20 N/25 N) 5 5 5 5 5 Acionamento/fiabilidade 5 5 5 5 5 Design (industrial; atratividade) 5 3 5 3 4

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15 Peso 3 2 4 2 2,6 Montagem do botão 5 2 4 2 3,4 Robustez (perceção pelo cliente) 5 5 5 5 5 Versatilidade da válvula (DD/DS) 2 1 1 5 2,6 Vedante em silicone 3 1 5 1 2,2 Certificações 5 1 5 5 4,2 Manípulo 2 5 1 5 3,4

De salientar que nesta análise se realizou uma análise geral de requisitos, e que algumas vão ser realizadas à posteriori, pois o objetivo do sistema é ser o mais universal possível e com grande e fácil adaptabilidade ao autoclismo/mercado em causa. Esta tabela completa encontra-se em Anexo I.

2.2. Requisitos de mercado/empresa

O objetivo é criar um produto para fazer face à concorrência existente nos mercados alvo, usar o acionamento à base de cabos, possuir uma boa amplitude ao nível do volume das descargas, respeitar as normas em termos de velocidade de descarga e escoamento do tubo ladrão, e ter uma força de acionamento no botão inferior a 25 N. Um dos aspetos mais importantes a considerar tem a ver com a execução das peças. Como na maior parte a sua execução é por injeção de plásticos, no desenvolvimento de componentes tem que se ter em conta o fabrico do molde bem como o seu funcionamento, e a possível execução em termos de tecnologia de moldes. A montagem também é um aspeto a considerar no desenvolvimento do produto, de modo a não criar complexidade de montagem, bem como possibilidades de controlo, para lá dos produtos existentes, para não necessitar de custos acrescidos em termos de dispositivos e processos.

2.3. Ideia base

Utilizar a experiência da empresa ao nível de desenvolvimento de mecanismos, e de teste e análise de soluções de produtos concorrentes, para tentar chegar a um produto que cumpra os requisitos da empresa bem como do mercado, a um preço competitivo. A ideia base passa por desenvolver uma solução simples, com menos componentes para controlar as descargas que as atuais, com um bom atravacamento, garantindo volumes de descarga constantes (repetibilidade) e força de acionamento dentro de norma.

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16

As vantagens do tubo ladrão lateral fixo prendem-se com a maior compacidade do mecanismo. Este tubo também pode ser utilizado para acoplar uma ou várias ligações de tubos flexíveis, para satisfazer o requisito de descarregar água suficiente para encher o sifão da sanita após a descarga ou para libertar produtos químicos de higienização e limpeza. Ao nível estrutural, pode servir como suporte para a torneira de enchimento. Outra vantagem é a complexidade retirada ao sistema de acionamento, visto este poder ser em outro componente que não o tubo ladrão, como por exemplo um tirante central.

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3. Principais estudos, desenvolvimentos e testes: Pilete e tubo

ladrão

3.1. Ponto de partida

Numa fase inicial, para o desenvolvimento da base do mecanismo, a peça de saída de água do autoclismo (pilete), é conjugada com um vedante comum a outros mecanismos da empresa, por ser um vedante de substituição standard já existente no mercado (ver Figura 6). Um dos requisitos era usar um vedante standard, o que vai influenciar a sede de contacto para vedação bem como nas dimensões exteriores da pilete.

Tomando as dimensões do vedante standard, definem-se as dimensões para o seu alojamento e adição de um tubo vertical lateral, que é o tubo ladrão lateral. Para o dimensionamento do tubo ladrão lateral partiu-se da base de um tubo ladrão móvel central de um mecanismo existente da OLI. Na base de partida, o ponto forte é a conjugação de duas funcionalidades num só componente: tubo ladrão e pilete. Um ponto fraco que vai influenciar na sua modelação é a futura execução do molde, que vai implicar com algumas restrições que não podem ser contornadas.

3.2. Protótipos base a desenvolver

Todos os produtos desenvolvidos, e a maior parte das soluções prototipadas pela empresa OLI, são modelados em 3D no software Creo Parametric, de modo a visualizar a montagem de todo o conjunto, antever o seu funcionamento, e evitar possíveis interferências entre peças durante o funcionamento. Os protótipos feitos durante o desenvolvimento têm como principal objetivo perceber se a solução trabalhada é viável ou não, poder ser sujeita a testes preliminares, e ter alguma indicação de eventuais alterações e melhorias a realizar. Com a ideia base proposta passou-se à modelação 3D da pilete, tendo em conta os requisitos apontados anteriormente, encontrando-se a mesma ilustrada na Figura 16.

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18

Figura 16-Conjunto pilete e tubo ladrão lateral fixo.

3.3. Sistema de prototipagem usado

Na empresa OLI são usadas várias técnicas para executar protótipos. Algumas manuais, tal como a alteração de peças injetadas existentes através de operações convencionais tais como cortar, limar, furar ou colar elementos de plástico ou outras peças. Nos casos de geometrias mais complexas, que necessitam ter resistência mecânica, é necessário recorrer à maquinagem a partir de um bloco de material plástico, por exemplo de POM. Atualmente estes protótipos manuais apenas são realizados em casos muito específicos, uma vez que a OLI adquiriu em 2006 uma máquina de FDM (Figura 17) que rapidamente se tornou o principal meio de execução de protótipos da empresa. Por este meio obtém-se protótipos em poucas horas, o que agiliza o trabalho de quem está a desenvolver, porque é possível fazer um desenvolvimento iterativo num curto espaço de tempo.

Zona de vedação, onde assenta o vedante, que é a zona de saída do escoamento Tubo ladrão lateral Saída do escoamento

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19

Figura 17-Máquina de FDM, modelo Dimension SST768.

Desta forma, e após algumas afinações, chega-se ao componente pretendido adicionando um tubo injetado, como tubo ladrão superior, para obter o protótipo para um primeiro ensaio (Figuras 18 e 19). A ligação entre o tubo ladrão associado à pilete e a parte inferior do tubo ladrão tem que permitir a regulação da altura total do tubo ladrão, para assim permitir a instalação do sistema em diferentes instalações, porventura apresentando opções e requisitos diferentes.

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20

Figura 19-Pilete protótipo com tubo superior protótipo (injetado).

3.4. Instalação de ensaio das soluções

Como já mencionado anteriormente, os mecanismos e torneiras têm de obedecer a determinadas normas, conforme o mercado alvo. Atualmente, em alguns países ainda não é obrigatório que os mecanismos cumpram normas; no entanto, os grandes clientes (grossistas) da OLI querem colocar no mercado produtos com valor acrescentado, e por isso exigem que os produtos cumpram as normas específicas dos países para os quais pretendem vender.

Após uma consulta e verificação com o colaborador da empresa nessa área, a norma mais restritiva, com várias especificações com a menor tolerância, é a norma Francesa (NF076 doc3). Em breve resumo, na Europa deixará de ser possível vender produtos sem qualquer certificação, pois estão em fase de aprovação duas normas Europeias para regular o setor dos autoclismos e mecanismos. Estas normas serão de caráter obrigatório, e terão as designações EN997 e EN14055. Como os mecanismos são desenvolvidos para estarem em produção, e no mercado, durante vários anos, é de bom senso que estes já cumpram de acordo com as futuras normas. Com esta informação procede-se ao ensaio do mecanismo segundo essa norma.

A norma contém várias especificações, sendo que nesta fase de desenvolvimento se dá importância à velocidade de descarga da pilete e à velocidade de escoamento do tubo ladrão. Para melhor compreender os resultados, importa fazer uma breve descrição de como se realizam os ensaios bem como a sua preparação. Ao nível da velocidade de descarga, o mecanismo é montado num tanque normalizado, feito em acrílico. O tanque contém um transdutor de pressão colocado no fundo, que se encontra ligado a um computador através de uma placa de aquisição de dados, sendo a pressão lida uma função direta do nível de água no tanque. No computador

Tubo superior

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21 encontra-se instalado um software criado pelo Departamento Técnico da empresa, onde se inserem os inputs requeridos e donde vão sair os valores obtidos no ensaio. Para realizar ensaios da velocidade de descarga, em primeiro lugar realiza-se uma descarga completa para verificar o nível de água residual que fica no autoclismo. De seguida colocam-se 2 litros de água dentro do tanque, e dá-se esse input ao software, que realiza o reconhecimento do nível; de seguida colocam-se mais 3 litros de água no tanque e realiza-se o mesmo procedimento, e, por fim, junta-se mais 1 litro de água com semelhante procedimento. Assim se estabelece para 3 pontos distintos a relação entre o nível de água no autoclismo, a pressão sentida pelo transdutor de pressão, e o volume de água útil contido no autoclismo. Após este ensaio, e para verificar que o autoclismo enche sempre até ao mesmo nível, realiza-se um reset no indicador de pressão para estabelecer uma linha de enchimento. De seguida procede-se ao ensaio, dando essa ordem ao software, espera-se aproximadamente 2 segundos, abre-se a válvula de descarga e espera-se o final da leitura. Para o valor obtido estar dentro de norma tem de ser superior a 2.2 L/s. Este valor é obtido com a descarga de 3 L, em 1.37 s, como é descrito na norma no Anexo II.

Para o ensaio da capacidade de escoamento do tubo ladrão introduz-se água no reservatório aleatoriamente, até esta estar entre a 5 a 6 mm do topo do tubo ladrão. Mede-se a altura da coluna de água com a ajuda de um batímetro, introduz-se esse

input no software, dá-se ordem de operação ao software e espera-se o final da leitura.

De seguida introduz-se água no reservatório até estar próxima do topo do tubo ladrão, lê-se a altura da coluna de água com a ajuda do batímetro, e realiza-se o mesmo procedimento anterior. Introduzem-se as condutas do sistema de alimentação de água para este ensaio no autoclismo e ajusta-se o sistema de alimentação para um caudal de enchimento de 16,8 L/min. Depois de estabilizado o caudal, e o nível de água no autoclismo, dá-se ordem de início ao software e aguardam-se 4s, deixa-se finalizar a leitura e verificam-se os valores obtidos. Os valores apresentados são o nível máximo, que tem de ser inferior a 15 mm, o menisco, que tem que ser inferior a 5 mm, e o nível crítico, que também tem que ser inferior a 5 mm. Estas dimensões encontram-se clarificadas na Figura 20. A descrição dos ensaios bem como os valores admissíveis encontram-se no Anexo II, com o documento da norma Francesa (NF076 doc3), para os componentes sanitários.

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22

Figura 20-Distâncias relevantes no ensaio da capacidade de escoamento do tubo ladrão.

3.5. Ensaio do protótipo base, e análise de resultados

Com a pilete montada, usou-se uma válvula de descarga existente que contém o vedante standard que se usou para o dimensionamento da pilete, e procedeu-se ao ensaio da velocidade de descarga e da velocidade de escoamento do tubo ladrão. Neste último ensaio colocou-se o tubo ladrão a uma altura de 230-240 mm, o que é considerada uma altura intermédia.

Figura 21-Sistema protótipo montado em autoclismo normalizado para teste da velocidade de descarga.

Designação

1 Tubo ladrão

2 Nível tubo ladrão

3 Nível máximo

4 Nível crítico

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23

Figura 22-Sistema protótipo montado em autoclismo normalizado, para teste da capacidade de descarga do tubo ladrão.

Figura 23-Sistema protótipo montado em autoclismo normalizado para teste da capacidade de escoamento do tubo ladrão (vista superior durante o ensaio).

Os ensaios realizados conduziram aos resultados que se encontram resumidos na Tabela 3. Encontra-se a representação gráfica e restante informação com os valores no Anexo III a).

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24

Tabela 3-Valores do ensaio.

Valor obtido Norma NF Conformidade

Velocidade de descarga 2.4 L/s >2.2 L/s OK

Escoamento tubo ladrão

Nível Max 20.0 mm < 15 mm N/OK

Menisco 9.5 mm < 5 mm N/OK

Nível critico 14.1 mm < 5 mm N/OK

Como se pode verificar, ao nível de velocidade de descarga está-se dentro dos valores pretendidos, apesar de o protótipo apresentar alguma rugosidade superficial. No entanto, ao nível da capacidade de escoamento do tubo ladrão a solução testada não se encontra dentro de norma.

3.6. Proposta de melhorias, e novas propostas de solução

Para tentar resolver o problema da capacidade de escoamento do tubo ladrão, tentando não adicionar mais componentes, foram realizados 2 protótipos para o tubo superior cuja característica mais relevante consiste em criar uma superfície para “encostar” o escoamento superiormente e assim tentar melhorar os resultados do ensaio. O uso de uma superfície superior do tubo ladrão, em forma de chapéu, impede a formação do funil de sucção no topo do tubo ladrão, melhorando consideravelmente a sua capacidade de escoamento. Como se pode ver nas Figuras 24 e 25, a principal diferença entre as 2 versões do tubo superior, dos protótipos consiste em o diâmetro do chapéu ficar coincidente com o diâmetro do tubo agregado (protótipo V1), ou esse diâmetro ser maior (protótipo V2) para criar a maior superfície de contacto para o escoamento, aumentando assim um pouco as dimensões nessa zona do topo do tubo ladrão.

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25

Figura 25-Tubo superior protótipo V2.

Nestas soluções, os pontos fortes são não adicionar peças e melhor a capacidade de escoamento do tubo ladrão; como é necessária uma superfície para o escoamento “encostar superiormente”, poderá utilizar-se essa zona no futuro para fixar uma torneira de enchimento. O ponto fraco é o ajuste que é necessário a realizar em termos de molde, que vai ser mais rigoroso, mas sendo, no entanto, de execução possível.

3.7. Ensaios dos protótipos mais evoluídos, e análise de resultados

Após a montagem realizaram-se os ensaios de descarga do tubo ladrão semelhantes aos descritos anteriormente.

Tubo ladrão superior V1.

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Da realização dos ensaios foram obtidos os resultados que se encontram resumidos na Tabela 4. Encontra-se a representação gráfica e restante informação com os valores no Anexo III b) e Anexo III c).

Tabela 4-Resultados do ensaio, protótipos V1 e V2.

Valor obtido Norma NF Conformidade Escoamento tubo ladrão protótipo V1 Nível Max 8.0 mm < 15 mm OK Menisco 3.3 mm < 5 mm OK Nível critico 4.8 mm < 5 mm OK Escoamento tubo ladrão protótipo V2 Nível Max 8.2 mm < 15 mm OK Menisco 5.1 mm < 5 mm N/OK

Nível critico 6.0 mm < 5 mm N/OK

Como se pode verificar, os valores obtidos com o protótipo V1 encontram-se dentro de norma, ainda que com alguns dos valores muito próximos dos limites, ao passo que os valores obtidos com o protótipo V2 se encontram maioritariamente fora de norma.

3.8. Proposta de melhorias de versão tubo superior V2

Como se pode verificar no ensaio anterior, o protótipo V1 conduziu a melhores resultados, mas ao nível de molde requer alguns pormenores de ajuste, o que levou a intensificar os esforços para melhor o desempenho do protótipo V2. Desta forma, a geometria do protótipo V2B permaneceu essencialmente a mesma, mas reduziu-se a folga entre a superfície de contacto superior e a inferior para uma dimensão de 4 mm, como se pode observar na Figura 28. Para chegar a esta dimensão de 4 mm realizou-se um protótipo que permitia ajustar esta distância telescopicamente, e assim permitiu avaliar o desempenho de várias distâncias no topo do tubo ladrão, de forma a obter o melhor resultado.

Tubo ladrão superior V2.

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27

Figura 28-Tubo superior protótipo V2B.

3.9. Ensaios dos protótipos mais evoluídos, e análise de resultados

Após a montagem do sistema na sua versão mais evoluída realizaram-se ensaios semelhantes aos descritos anteriormente. Nestes ensaios, e para uma confirmação definitiva, realizou-se além do ensaio da velocidade de escoamento um ensaio de velocidade de descarga. Os respetivos resultados encontram-se resumidos na Tabela 5. Encontra-se a representação gráfica e restante informação com os valores no Anexo III d) e Anexo III e).

Figura 29-Tubo superior protótipo V2B a ser ensaiado. Tabela 5-Resultados do ensaio, protótipo V2B + pilete.

Valor Obtido Norma NF Conformidade

Velocidade de descarga 2.3 L/s >2.2 L/s OK Escoamento tubo ladrão V2B Nível Max 5.7 mm < 15 mm OK Menisco 1.4 mm < 5 mm OK Nível critico 2.1 mm < 5 mm OK Ajuste das distâncias para avaliar o desempenho da descarga do tubo ladrão

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28

Como se pode verificar, os valores encontram-se dentro de norma, e com alguma margem. Com estes valores e face à possibilidade de execução das peças (moldes), fica definida a geometria final da pilete e do tubo ladrão superior.

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29

4. Principais estudos, desenvolvimentos e testes: Válvula de

descarga

4.1. Utilização de partes comuns a vários tipos de válvulas

A standardização é o processo pelo qual se pretende otimizar a produção em massa de determinados produtos. Nos dias de hoje, a standardização está presente em praticamente todos os sectores produtivos, mas continuam a ser a indústria automóvel e a indústria eletrónica as maiores referências. O processo de standardização é definido na fase de conceção e desenvolvimento dos produtos, e tem influência direta no seu custo final. Em termos produtivos isto permite aumentar o tamanho dos lotes produzidos, diminuindo o custo das peças e reduzindo os custos indiretos. No mecanismo em causa, e para reduzir os custos, nesta fase inicial e para uma rápida integração no mercado a um preço compatível, para o sistema de acionamento da válvula vão ser utilizadas peças comuns a outros mecanismos da OLI.

4.2. Sistemas de acionamento

O mecanismo de descarga é o principal elemento no controlo das descargas de água de cada autoclismo. É este mecanismo que permite que um autoclismo tenha maior ou menor volume de descarga, ou mesmo que o utilizador tenha a possibilidade de interromper a descarga quando o desejar. Assim, este mecanismo é importante na diferenciação dos produtos das várias marcas, tanto nas produtoras de mecanismos como nas produtoras de cerâmicas.

O mercado dos mecanismos de descarga é bastante diversificado, e para o mesmo fim existem diversas soluções de acionamento, funcionamento e diferentes funcionalidades extra. Estas variantes surgem devido a vários fatores tais como: crescente consciência da poupança de água, especificidade de um determinado autoclismo, standardização, necessidade de diferenciação ou marketing e exigências das normas de determinados países.

Relativamente ao tipo de acionamento, os mecanismos podem ser definidos como: mecânicos, pneumáticos, por cabo ou eletrónicos. Mais de metade do mercado dos mecanismos de acionamento de válvulas de descarga de autoclismo são mecanismos mecânicos, e são normalmente acionados através de um botão que pressiona uma ou mais alavancas de modo a fazer levantar o vedante da sua sede de vedação. Os

(50)

30

mecanismos mecânicos podem ser de dupla descarga, com regulação da descarga total e da descarga parcial.

Figura 30-Válvula acionamento mecânico (2) com tubo ladrão móvel central.

Os mecanismos de descarga com acionamento pneumático possuem um botão de acionamento que ao ser premido faz movimentar um pulmão tipo fole. Este pulmão está ligado através de um tubo pneumático a um outro pulmão tipo fole, que por sua vez está posicionado debaixo do elemento a levantar para provocar a abertura da válvula de descarga. O ar funciona assim como o meio de transmissão de energia entre o botão de comando e o elemento a comandar. Logo, quando a pressão do ar aumenta devido ao acionamento do botão, o comprimento do pulmão recetor aumenta provocando o movimento que leva à descarga da água do autoclismo. A grande vantagem dos mecanismos pneumáticos é possibilitar colocar o botão de acionamento distanciado do autoclismo, e possibilitar a colocação de acionamentos em locais acessíveis a pessoas com capacidades reduzidas, como é o caso dos acionamentos através por pedal.

Alavanca Ligação mecânica ao tubo com um tirante Hastes ajustáveis Botão regulável com rosca Tubo ladrão móvel central

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31

Figura 31-Válvula acionamento pneumático (2) com tubo ladrão móvel central.

Os mecanismos com acionamento por cabo têm as mesmas potencialidades que os mecanismos com acionamento pneumático, sendo no entanto atualmente mais frequentes à sua devido a forte expansão em alguns países. Estes mecanismos são normalmente de dupla descarga, e geralmente são acionados apenas por um cabo, sendo o sistema do tipo de diferença de curso. A diferença de curso é ditada pelos botões de acionamento, e o mecanismo faz a descarga total ou parcial conforme o maior ou menor curso do respetivo botão de acionamento, relativamente.

Pulmão da acionamento

Pulmão de atuação

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32

Figura 32-Válvula de acionamento por cabos (2) com tubo ladrão móvel central.

Os mecanismos eletrónicos encontram-se em grande expansão, devido à sua grande versatilidade e à crescente redução de custos dos componentes e sistemas eletrónicos. Estão associados à modernidade e permitem fazer regulações personalizadas, tais como o tempo de leitura do sensor para detetar a presença do utilizador, o tempo de descarga de água, ou programar descargas automáticas de limpeza para manutenção das sanitas mesmo na ausência do utilizador. Este tipo de acionamento encontra-se mais presente em autoclismos interiores, que ficam encastrados no interior da parede.

Acionamento tipo engrenagens, que aciona o cabo.

Passagem da transmissão por cabo, para uma alavanca

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33

Figura 33-Válvula eletrónica de dupla descarga (6), com tubo ladrão móvel central.

4.2.1. Seleção do sistema de acionamento

Para os possíveis mercados alvo do mecanismo a desenvolver, a opção de acionamento por cabo é a mais vantajosa visto os tipos de mecanismo mais comprados por esses mercados, bem como alguns requisitos, tais como, por exemplo, a tampa do autoclismo poder ficar solta. Esta situação, mediante os mercados, pode variar, ou seja: em determinados mercados a tampa do autoclismo pode ficar solta, para fácil acesso ao interior do autoclismo; em outros mercados é requisito o mecanismo bloquear a abertura da tampa do autoclismo. Um outra solução de acionamento a integrar posteriormente no sistema a desenvolver é o acionamento mecânico, e daí alguma preocupação no dimensionamento do sistema, para poder vir a acomodar as hastes típicas dos sistemas de acionamento mecânico.

4.2.2. Vantagens e inconvenientes dos vários sistemas de

acionamento

Dos vários sistemas de acionamento abordados, e em especial daqueles a considerar nesta fase e posteriormente, de salientar no sistema cabo o requisito do mercado que não se opõe a deixar a tampa do autoclismo solta, o custo do cabo, e a garantia do seu estado de conservação pleno no interior do tanque, que se encontra sujeito a ataques químicos e de corrosão. A grande vantagem é a universalidade e a separação

Acionamento por servo, com sensor no botão

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34

entre o mecanismo e o botão de comando permitindo muita tolerância de concentricidade entre os furos da tampa e do fundo do autoclismo.

O sistema mecânico a implementar futuramente tem como grande vantagem permitir bloquear a tampa do autoclismo visto que o botão de comando rosca no mecanismo, fixando assim a tampa, e o custo visto não existirem peças compradas pela OLI para a sua concretização e a transmissão do movimento de acionamento se realizar apenas com peças plásticas. Um grande inconveniente deste sistema é o descentramento, ou seja, quando não existe concentricidade entre os furos da tampa e do fundo do autoclismo, e o mecanismo tem de admitir esse possível descentramento. Em termos mecânicos, na passagem do movimento do botão para as alavancas existem torções e desgaste de componentes, o que acarreta o aumento gradual da força necessária para o acionamento do botão. Convém salientar que esta força tem de ser inferior a 25 N, conforme a norma Francesa (NF076 doc3) que se encontra no Anexo II.

4.2.3. Hierarquização dos sistemas de acionamento a considerar

Atendendo aos fatores transcritos anteriormente, o sistema de acionamento adotado foi o sistema por cabo, que foi desenvolvido anteriormente pelo autor da dissertação, num outro projeto da empresa OLI. Neste momento o sistema incorpora um redesign, apenas para deixar o cabo completamente escondido, por razões estéticas e de proteção do cabo contra a corrosão e eventual danificação por ação mecânica.

Figura 34-Acionamento, por cabo adaptado ao mecanismo a desenvolver (em corte).

Alavanca a acionar o tirante central (tubo ladrão falso)

Suporte a fixar no copo Sistema de engrenagem, tipo roda dentada e cremalheira Acionamento vertical

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35

4.3. Sistemas de descarga: meia descarga e descarga completa

Ao ser escolhido o sistema de acionamento por cabo e por diferença de curso nos botões de acionamento, é necessário agora passar esse movimento para realizar as descargas (completa e meia) de forma controlada e independente, e também permitir o ajuste de ambas as descargas (ajuste da quantidade de água correspondente à meia descarga e à descarga completa). Num mecanismo de descarga, baseado em diferenças de curso, como é o caso do mecanismo em estudo, o controlo das descargas é realizado por boias agregadas ao tirante de acionamento, cuja posição costuma ser regulável em altura, ou controlando a água que lhes dá impulsão.

O sistema de funcionamento da descarga completa é composto por uma boia que se encontra na vertical quando o autoclismo não contém água (repouso), como está ilustrado nas Figuras 35 e 36. Quando o nível de água no tanque passa o nível do topo da boia esta realiza um movimento de rotação em torno dos eixos alojados no copo, onde se encosta ao tubo central móvel. Esta boia é composta por 2 cavidades, a inferior e a superior. A cavidade inferior funcionando como boia, que fica impulsionada quando a água ultrapassa o seu nível para cima, realizando o movimento de rotação. A cavidade superior funciona como pesante, ou seja, quando cheio de água e o nível de água se encontra mais abaixo dessa cavidade esta força atua no sentido de contradizer a força de impulsão da boia.

Quando se aciona a válvula para realizar uma meia-descarga, os dentes do tubo central móvel encostam na parte de baixo do dente da boia da descarga completa, e quando o nível de água passa o centro geométrico de impulsão da boia da meia descarga (Figura 35 e 36), o tubo central móvel desce, colocando o vedante assente na sede. Quando se aciona a válvula para realizar uma descarga completa, o dente do tubo central móvel passa e fica sobreposto ao dente da boia da descarga completa, libertando o tubo só quando o nível e água no autoclismo passa a ser inferior ao nível da boia da descarga completa.

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36

Figura 35-Detalhe posicionamento: boia de descarga completa alojada no copo.

Figura 36-Boia da descarga completa posicionada em repouso, meia-descarga e descarga completa.

4.4. Protótipos base a desenvolver V3

Com a análise de funcionamento, para o imediato e para o futuro, do mecanismo em causa, tendo em conta os acionamentos previstos, passou-se ao desenvolvimento e modelação do protótipo V3. Na primeira fase do desenvolvimento passou-se por criar um corpo principal, que se vai chamar “copo”, onde se vão agregar os restantes componentes e estabelecer a ligação desse corpo à pilete. Os produtos da OLI

Boia Pesante Dente do tubo Eixo de rotação da boia da descarga completa; a boia faz eixo em 2 pontos simétricos alojados no copo. Boia da descarga completa Copo Tubo central móvel Boia da meia descarga Boia da descarga completa Copo Dente da boia Sede Vedante

(57)

37 apresentam algum tipo de singularidade e modo de montagem nesse tipo de ligação, já conhecido e testado, para que seja fácil e intuitivo desmontar e montar o mecanismo, para, por exemplo, proceder à substituição do vedante.

Figura 37-Detalhe da ligação entre o copo e a pilete.

Como o tubo ladrão está colocado na parte lateral da pilete, o tirante central móvel tem como característica principal na zona inferior garantir a fixação do vedante, pois em termos de peça na zona superior pode ter furos, podendo mesmo ter uma secção em “estrela”. Outra vantagem do tubo ladrão lateral fixo em relação ao tubo ladrão central móvel é que no caso do tubo ladrão central móvel, depois de adicionar algumas nervuras ou cavidades, em termos de injeção costumam aparecer zonas menos compactadas, devido a refrigeração possível de realizar nessa zona, e se nessa zona trabalhar um tubo telescópio com vedante podem aparecer zonas em que é difícil garantir a vedação. O seu volume relacionado com o seu peso também é uma vantagem, visto quando se utiliza o tubo ladrão central móvel ele ter como requisito a capacidade de escoamento segundo norma, o que impõe várias dimensões ao componente, o que resulta no aumento de volume e peso, que influencia (aumentando) a força de acionamento necessário para levantar o tubo ladrão central móvel e realizar a descarga da válvula.

Pilete Copo

Eixo de fixação, com simetria Alojamento para o

eixo do copo com entrada, para montagem inicial

Tubo ladrão fixo

(58)

38

Figura 38- Tubo ladrão lateral e tirante central.

Figura 39-Detalhe do desencaixe do copo na pilete.

O desenvolvimento seguinte passou por criar um tirante central, para fixar o vedante que é abraçado por um copo. O tirante central é composto por uma peça que num dos extremos, com a ajuda de dois anéis, fixa o vedante. Para diminuir a força necessária para o acionamento da válvula foi adicionada a esse tirante uma boia auxiliar na parte inferior do tirante central, para assim exercer alguma força de impulsão sobre ele.

1ºDesbloqueio com efeito de rotação, e depois puxar o copo na vertical. A operação de fixação do copo à pilete é a inversa. Tubo ladrão lateral fixo Zona inferior do tirante central onde é alojado o vedante Zona superior do tirante central, que pode conter as dimensões pretendidas aleatórias, visto não ter de garantir normas